Способ формирования топологического рисунка пленки диоксида олова

Способ формирования топологического рисунка пленки диоксида олова

Реферат

 

Использование: электронная техника, формирование топологического рисунка чувствительных слоев газовых датчиков. Сущность изобретения: в способе формирования топологического рисунка пленки диоксида олова плазмохимическое травление пленки диоксида олова через фоторезистивную маску производят в смеси, содержащей водород или водородсодержащий газ 90 - 92 об.% и четыреххлористый углерод 10 - 8 об.% в ВЧ-разряде. Затем проводят откачку и напуск кислорода, плазмохимическое удаление фоторезистивной маски и последующую обработку пленки диоксида олова в кислородной плазме. Способ позволяет повысить точность воспроизведения рисунка, исключить наводораживание поверхностного слоя пленки и появление проводящего осадка. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам формирования топологического рисунка чувствительных слоев газовых датчиков плазмохимическим травлением, и может быть использовано в оптике, радиоэлектронике и других областях техники.

Известен способ травления прозрачных пленок SnO₂, I₂O₃, Sb₂O₃ [1] включающий помещение подложки с нанесенными пленками в реакционную камеру с планарным расположением электродов и понижение в ней давления до 0,1-1,5 Па. При постоянной откачке из камеры в нее напускают газообразный HCl либо смесь HCl с N₂, Ar или другим инертным газом, поддерживая давление в камере на уровне 10-80 Па. Травление проводят в плазме, образованной приложением электромагнитного поля с частотой 1-3,5 МГц при мощности 0,1-1 кВт. В результате откачки продукты реакции из рабочей зоны постоянно удаляются. Травление пленок происходит с достаточно высокой скоростью и имеет хорошее качество.

Недостатком этого способа является высокая агрессивность используемого газа, что ведет к коррозии всех соприкасающихся с ним материалов реактора, порче вакуумных насосов. Кроме того, при разгерметизации камеры на ее стенках и деталях возможно образование соляной кислоты, что опасно для обслуживающего персонала.

Наиболее близким к изобретению является способ формирования топологического рисунка микродатчика, включающий нанесение на пленку диоксида олова, сформированную на подложке, маски из фоторезиста, загрузку подложки в реактор, напуск смеси активных газов и последующее плазмохимическое травление в смеси активных газов [2] В качестве травящего газа используют SiCl₄ или 7% -ный Н₂ в потоке N₂.

Однако в случае травления в SiCl₄ скорость травления невелика вследствие невысокой летучести хлорида олова и возможности осаждения кремния на травящуюся поверхность. При травлении в водороде наблюдается наводораживание поверхностного слоя с нарушением стехиометрического состава вследствие высокой проникающей способности атомов водорода. Способ является также нетехнологичным, так как временно и пространственно разделены процессы травления и удаления фоторезиста.

Техническим результатом изобретения является повышение качества чувствительного полупроводникового слоя за счет повышения точности воспроизведения рисунка, исключения наводораживания поверхностного слоя, исключения появления проводящего осадка, а также повышение технологичности способа.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования топологического рисунка пленки диоксида олова плазмохимическим травлением производят формирование на пленке диоксида олова, нанесенной на подложку, фоторезистивной маски, загружают подложку в реактор, производят откачку реактора и напуске смеси активных газов при следующем соотношении компонентов, об. Водород или водо- родсодержащий газ 90-92 Четыреххлористый углерод 10-8 Затем производят плазмохимическое травление пленки диоксида олова в смеси активных газов в ВЧ разряде при температуре подложки не выше температуры термической деструкции фоторезиста, повторную откачку реактора и напуск кислорода, плазмохимическое удаление фоторезистивной маски и обработку пленки диоксида олова в кислородной плазме.

Использование в качестве активных газов при плазмохимическом травлении пленок двуокиси олова смеси водорода или водородсодержащего газа с четыреххлористым углеродом позволяет исключить образование на поверхности тонкой проводящей пленки. Травление SnO₂ в водороде может проходить по двум механизмам: с образованием H₂O и Sn; с образованием SnH₄ и O₂.

Первый механизм наиболее вероятен, поэтому и образуется проводящий осадок, видимо, олова. Этот осадок фактически замыкает сопротивление полупроводникового слоя и он не может быть использован по назначению. Травление в CCl₄ всегда протекает по механизму с образование SnCl₄ и СO₂, поэтому здесь можно ожидать осадка только в виде углерода, что зависит от соотношения H₂ и СCl₄. Выбор соотношения плазмообразующих газов сделан на основе требований к качеству травления. Избыток в смеси четыреххлористого углерода (более 10%) приводит к осаждению углеродной пленки на поверхности. Недостаток в смеси четыреххлористого углерода (менее 8%) приводит к образованию на поверхности образцов тонкой проводящей пленки, видимо, олова.

Плазмохимическое травление проводили при температуре не выше температуры термической деструкции фоторезиста, так как при температуре выше термической деструкции фоторезиста маска не защищает пленку SnO₂ от подтравливания.

После травления диоксида олова подложку не удаляют из реактора, а вместо смеси водорода или водородсодержащего газа с четыреххлористым углеродом напускают кислород и проводится удаление фоторезиста в плазме кислорода. Далее в том же цикле откачки проводят окисление в плазме кислорода пленки SnO₂. Происходит восстановление чувствительности и сопротивления слоя SnO₂, измененных за счет воздействия радикалов водорода. Это происходит потому, что чувствительный слой должен иметь состав SnO_х, где оптимальной является структура SnO_х, где х > 2, причем это соотношение определяется количеством фаз SnO₂, SnO и Sn. Воздействие водорода приводит к восстановлению SnO до чистого олова, SnO₂ до SnO и чувствительный слой становится неработоспособным. Обработка в плазме кислорода снова окисляет олово до соотношения, когда х > 2.

Таким образом, предлагаемый способ является более технологичным, позволяет проводить весь процесс получения рисунка за один цикл откачки и обеспечивает более высокое качество травления и определенный состав диоксида олова.

П р и м е р 1. Чувствительный слой SnO₂ толщиной 1 мкм получали распылением оловянной мишени в среде кислорода (отношение Ar/O 1) на окисленную подложку кремния при 150^оС. Фоторезистивная маска из фоторезиста ФП-051 МК имела толщину 1,2 мкм. Травление SnO₂ проводили на установке 01СТД, имеющей разделенные разрядную и рабочую камеру.

Режим травления: давление водорода, мм рт.ст. 0,9 давление CCl₄, мм рт. ст. 0,1 температура подложки, ^оС 120 частота ВЧ поля, МГц 13,56 ток анода, А 0,3 время травления, мин 45 По окончании травления перекрывали канал подачи водорода, подавали кислород и проводили удаление фоторезиста в следующем режиме: давление кислорода, мм рт. ст. 1 температура подложки, ^оС 120 ток анода, А 0,4 время процесса, мин 15 После удаления фоторезиста подложка нагревалась до 250^оС и 2 мин обрабатывалась в плазме кислорода. В результате получали рисунок с растравом линий примерно 0,5 мкм, без следов фоторезиста и исходным составом пленки.

П р и м е р 2. Травление пленки проводилось при температуре подложки 150^оС в течение 30 мин, удаление фоторезиста при 150^оС в течение 10 мин и обработка в кислородной плазме при 300^оС в течение 2 мин.

Растрав линий рисунка 0,8 мкм, резист удален полностью, стехиометрия оксида олова не хуже, чем на исходной пленке.

П р и м е р 3. Травление пленки проводилось при 170^оС в течение 18 мин, удаление фоторезиста при 170^оС в течение 8 мин и обработка в кислородной плазме при 320^оС в течение 2 мин. Растрав линий рисунка примерно 1 мкм, резист удален полностью, состав пленки не хуже, чем на исходной.

П р и м е р 4. Режим как в примере 1, но вместо водорода использовали аммиак. Время травления было незначительно увеличено до 50 мин. Результаты соответствуют результатам примера 1.

П р и м е р 5. Режим травления и соотношение компонентов как в примере 4, но в качестве водородсодержащего газа использовали метан СН₄. Результаты соответствуют результатам примера 1.

П р и м е р 6. Формирование топологического рисунка SnO₂ проводилось на установке 08ПХТ-100/10-006 диодного типа. Образец располагался на нижнем заземленном электроде, который мог нагреваться до 100^оС. На верхний электрод подавалось ВЧ напряжение, обработка проводилась при соотношении реактивных газов 90 об. Н₂ и 10 об. CCl₄, общее давление 0,5 мм рт.ст. температура подложки 100^оС; время травления 30 мин; ВЧ мощность 0,6 кВт.

Далее перекрывались каналы подачи Н₂ и ССl₄ и установка откачивалась до давления 5 х 10^-2 мм рт.ст. и при температуре подложки 100^оС и ВЧ мощности 0,6 кВт фоторезист удалялся за 2 мин.

В то же самом режиме подложка выдерживается в плазме кислорода в течение 10 мин. В конечном итоге получается сформированный топологический рисунок из SnO₂ с характеристиками, не уступающими характеристикам пленок из примеров 1-4. Более высокая интенсивность процессов травления и окисления SnO₂ при более низкой температуре объясняется ионной бомбардировкой подложки, которая отсутствует в случае разделенных разрядной и рабочей камер.

Измерение ширины полосок рисунка (растрав) проводили на микроскопе МРЗМ-200. Состав пленок SnO₂ определяли методом Оже-спектроскопии по соотношению интенсивностей пиков Sn:O. Результаты измерений приведены в таблице.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО РИСУНКА ПЛЕНКИ ДИОКСИДА ОЛОВА, включающий формирование на пленке диоксида олова, нанесенной на подложку, фоторезистивной маски, загрузку подложки в реактор, напуск смеси активных газов, плазмохимическое травление в смеси активных газов и удаление фоторезистивной маски, отличающийся тем, что плазмохимическое травление производят в смеси, содержащей водород или водородсодержащий газ и четыреххлористый углерод при следующем соотношении компонентов, об.%: Водород или водородсодержащий газ - 90 - 92 Четыреххлористый углерод - 10 - 8 в ВЧ-разряде, затем проводят откачку и напуск кислорода, плазмохимическое удаление фоторезистивной маски и последующую обработку пленки диоксида олова в кислородной плазме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плазмохимическое травление производят при температуре не выше температуры термической деструкции фоторезиста.

РИСУНКИ

Рисунок 1